Im QSolid-Konsortium arbeiten Fraunhofer IZM-ASSID und IPMS gemeinsam mit GlobalFoundries, dem Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen an einem deutschen Quantencomputer auf Basis supraleitender Qubits mit besonders niedrigen Fehlerraten. Ein speziell entwickelter Interposer realisiert über 10 000 Verdrahtungen auf nur 20×15 Millimetern und entkoppelt thermisch Steuer- und Quantenebene für höhere Stabilität. Ein zehn Qubit-Prototyp mit Softwarestack und Cloud-Zugang liefert erste Benchmarks und erreicht Erkenntnisse. Die BMBF-Förderung beträgt 76,3 Millionen Euro.
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QSolid-Konsortium nutzt supraleitende Qubits und innovativen Interposer für Stabilität
Verbindet Qubits mit ihrer Steuerung (Foto: Fraunhofer IZM-ASSID. Steffen Bickel)
Das deutsche QSolid-Konsortium setzt auf supraleitende Qubits mit Überlagerungszuständen, um komplexe Berechnungen wesentlich schneller als klassische Computersysteme durchzuführen. Fraunhofer IZM-ASSID liefert hierfür modernste Packaging-Technologien und hat zusammen mit Fraunhofer IPMS und GlobalFoundries einen innovativen Interposer entwickelt. Dieser ermöglicht eine elektrisch sowie thermisch stabile Verbindung zwischen den supraleitenden Qubits und der Steuerelektronik. Durch diese integrierte Lösung wird eine präzise Steuerung mit minimierten Störeinflüssen und zuverlässiger Signalübertragung gewährleistet und dauerhafter hoher Zuverlässigkeit.
Qubits ermöglichen Superpositionen und beschleunigen komplexe Berechnungen klassischer Computer
Qubits dienen als elementare Informationsträger, die dank quantenmechanischer Überlagerung gleichzeitig mehrere Zustände einnehmen können. Dadurch ermöglichen sie eine exponentielle Parallelisierung von Rechenoperationen, die komplexe Fragestellungen deutlich schneller bearbeiten als klassische Bits. Um jedoch größere Quantenprozessoren zu realisieren, müssen zahlreiche Qubits präzise gesteuert und vernetzt werden. Dabei steigt mit wachsender Anzahl auch der Bedarf an zuverlässiger Fehlerkorrektur und Kopplungsgenauigkeit, um systemische Störungen und Dekohärenz zu minimieren. Regelmäßige Kalibrierungen sichern die Integrität.
QSolid entwickelt supraleitende Schaltkreise für Quantencomputer mit minimalen Fehlerraten
Das QSolid verfolgt das Ziel, ein System auf Basis supraleitender Schaltkreise der nächsten Generation zu realisieren, das durch äußerst niedrige Fehlerraten überzeugt. Ein innovatives optimiertes Design und der Einsatz hochreiner Materialien sollen die Qubits auf überlegener Qualitätsebene betreiben, um zuverlässige Quantenoperationen und hohe Kohärenzzeiten zu ermöglichen. Mit diesem weltweit führenden Ansatz tritt QSolid in Konkurrenz zu internationalen Projekten von Google, IBM und Intel und setzt neue Standards in der Quantenprozessorentwicklung.
QSolid-Halbzeit-Demonstrator mit zehn Quantenbits startet umfassende Industriestandard-Tests und Benchmarks
Im September 2023 startete der QSolid-Halbzeit-Demonstrator am Forschungszentrum Jülich seinen Betrieb mit zehn supraleitenden Qubits, einem integrierten Softwarestack sowie Cloud-Zugang für Anwender. Diese Konfiguration ermöglicht umfassende Tests und Benchmarks gemäß Industriestandard und liefert wertvolle Erkenntnisse zur Systemleistung. Auf Basis der gewonnenen Daten sollen bis Ende 2026 verschiedene Quantenprozessortypen entwickelt werden, die gemeinsam die Grundlage für einen vollständig in Deutschland realisierten und einsatzbereiten Quantencomputer bilden, eine optimierte Architektur und hohe Skalierbarkeit.
20×15 Millimeter Interposer realisiert 10 000 Verdrahtungen mit thermischer Entkopplung
Der Interposer des Fraunhofer IZM-ASSID verfügt über Abmessungen von zwanzig mal fünfzehn Millimetern und integriert mehr als zehntausend elektrische Verbindungen in sehr dünnen Leitungsbahnen. Durch gezielte thermomechanische Stabilität bleibt die Struktur formstabil unter wechselnden Temperaturen. Zusätzlich trennt eine effektive thermische Entkopplung den Quantenchip konsequent von der Steuerelektronik. Dadurch werden elektromagnetische Störungen drastisch reduziert und gleichbleibende Signallaufzeiten gewährleistet, was die Zuverlässigkeit komplexer Quantenprozesse deutlich erhöht. Sie sorgt ferner für verbesserte Integration.
Jülich und RWTH Aachen testen skalierbare Verdrahtungsprozesse für Interposer
In enger Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen untersucht das Team um Steffen Bickel die Erweiterbarkeit des feinen Verdrahtungsprozesses für Quantenchips. Insbesondere für Hochfrequenzanwendungen sind koaxiale Leitungsstrukturen erforderlich, um Signalverluste zu minimieren. Erste Prototypentests fokussieren auf thermische Stabilität, Signalintegrität und Leistungsverhalten bei einer Vergrößerung des Interposers um das Zwei- bis Dreifache. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für skalierbare Demonstratoren und zukünftige Systemintegrationen und optimierte Fertigungsprozesse werden evaluiert.
76,3 Millionen Euro Bundesförderung für QSolid stärken deutsche Quantenkompetenz
Das QSolid-Projekt erhält eine Förderung in Höhe von 76,3 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung und integriert 25 führende deutsche Forschungseinrichtungen und Unternehmen. Diese Unterstützung zielt darauf ab, technologische Souveränität im Quantencomputing zu sichern, die nationale Innovationskraft zu stärken und die Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Forschungs- und Wirtschaftsstandorts langfristig auszubauen. Langfristig sollen mit dem inländischen Quantencomputer neue Anwendungsgebiete in der Chemie, der Materialforschung und der Medizintechnik erschlossen werden.
Supraleitende Qubits mit Hochdichte-Interposer schaffen leistungsfähige, robuste, skalierbare Quantenplattformen
Die verschränkte Nutzung supraleitender Quantenbits, modernster Packaging-Verfahren und eines hochintegrierten Interposers bildet die Basis einer leistungsfähigen Infrastruktur für skalierbare Quantenprozessoren. Durch präzise thermische Entkopplung und kontrollierte Signalführung sinken systemische Fehlerraten deutlich, während die enge Verdrahtungsdichte zuverlässige Kommunikationspfade zwischen Quantenchip und Steuerungselektronik garantiert. Unter deutscher Entwicklungsleitung und mit substantieller staatlicher Förderung wird die Realisierung eines marktreifen Quantencomputers beschleunigt, der als Schlüsselkomponente für industrielle und wissenschaftliche Anwendungen gilt. maßgeblich und zukunftsweisend positioniert.
